REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN

Practica N° 03

PROBLEMAS DE AIRE ACONDICIONADO Y CICLOS DE REFRIGERACIÓN EN TermoGraf

1. INTRODUCCIÓN

Los refrigeradores son máquinas cuya finalidad es generar frio con diferentes fines dependiendo de la necesidad que se tenga, la cual puede ser para la refrigeración de los alimentos, el mantenimiento de bajas temperaturas de algunos alimentos, acondicionamiento de aire entre otras formas de conservar alimentos.

En la presente práctica se realizara los cálculos necesarios para conocer los distintos tipos de refrigerantes y atmosferas modificadas, en donde el fluido de trabajo será en base a refrigerantes nuevos tales como; R-134a, R-12, R-600a, R-502, R-22, entre otros.

En el ciclo de Carnot que se muestra en el gráfico T-S. Comprende dos transformaciones a temperatura constante y dos transformaciones isotrópicas

[pic 2]

Fig. 1. Ciclo de Carnot

Cuando se trata de transferir calor desde un cuerpo a temperatura T1 hasta otro a una temperatura mayor T2, se recorre el ciclo en el sentido 1-2-3-4-1.

Un sistema que utilice vapor condensable como fluido refrigerante, necesitaría para realizar el ciclo de Carnot, en el cual debe tener un compresor isoentrópico para realizar el tramo 1-2, un compresor isotérmico para realizar el tramo 2-a, un condensador para realizar el tramo a-3, un expansor isoentrópico, se supone que el fluido realiza trabajo que se utiliza como parte del trabajo necesario para la compresión. En este elemento se recorre el tramo 3-4 y un evaporador, el fluido se evapora extrayendo calor del medio que rodea al evaporador y recorre el tramo 4-1.

Este ciclo de refrigeración consiste en la evaporación y condensación alternada del refrigerante y se comprime en la fase de vapor. El objetivo del refrigerador es mantener el espacio refrigerado en una temperatura baja y extraer calor del medio.

La descarga de este calor en un medio de temperatura mayor es  una parte necesaria de la operación,  pero no su propósito. Para el funcionamiento ideal de este ciclo se supone un ciclo de Carnot invertido  La composición de un ciclo de refrigeración presenta un compresor que entrega el trabajo necesario al sistema para que el refrigerante efectué el ciclo, un condensador cuya misión es licuar el vapor y realizar por esto un intercambio calórico con el ambiente, un tubo capilar (en este caso) cuya misión es producir una expansión del refrigerante, es decir, reducir su presión y por lo tanto bajar su temperatura y un evaporador es la parte del refrigerador encargada de realizar la baja de temperatura deseada (ya sea a los alimentos, ambientes, etc.).

El software TermoGraf es muy utilizado en la solución de problemas de aplicación de termodinámica, lo más usado es en ciclos de potencia y refrigeración.

A continuación se describe los principales componentes del software TermoGraf (Ver manual de referencia)

1. OBJETIVO

1. Determinar la experticia de los estudiantes en la solución de problemas de climatización y ciclos de refrigeración con el software TermoGraf.

1. MATERIALES Y METODOS

1. MATERIALES

Computador personal de cada estudiante

Software TermoGraf

1. METODO

Resolver de forma ordenada y con alto grado de conocimiento científico los distintos problemas planteados.

1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Debe ser lo más conciso posible

1. CONCLUSIONES
2. RECOMENDACIONES
3. BIBLIOGRAFIA

Problemas de climatización y refrigeración en TermoGraf

1. En un proceso agroindustrial es común encontrar problemas de eliminación de agua en almacenes u otros lugares de conservación de alimentos, en una planta que está ubicada en la Selva del Perú, se dispone de aire atmosférico que tiene una temperatura de 35°C y una temperatura de rocio de 25°C y el jefe de producción se da cuenta que en el almacén de granos necesita renovar el aire cada 15 min y además la temperatura del aire de ingreso se enfría hasta una temperatura de 15°C. Se sabe además que el almacén de granos tiene 4 m de ancho, 5 m de largo y 3 m de altura. Con dicha información se le pide a Usted determinar:

1. Las condiciones de ingreso del aire atmosférico
2. Las condiciones finales del aire atmosférico
3. El volumen del aire que ocupa dentro del almacén
4. La cantidad de kg de agua que serán eliminados durante un día de almacenamiento
5. El calor transferido en el proceso.

1. En un proceso de conservación de palta hass se utiliza un sistema mecánico de refrigeración, en el cual las condiciones de trabajo son tales que la temperatura de vaporización es de 482.67°R y la temperatura del líquido que llega al control del refrigerante es de 30°C. La evaluación económica se da en base a la cantidad de refrigerante que ingresa a través del sistema, para ello se considera los siguientes casos y se le pide a usted determinar el mejor refrigerante:

1. Por el sistema circula 0.5 kg R-22/min
2. Por el sistema circula 0.5 kg R-12/min
3. Por el sistema circula 0.5 kg R-134a/min
4. Por el sistema circula 0.5 kg R-717/min
5. Por el sistema circula 0.5 kg R-410a/min.

En cada caso calcular la potencia de comprensión, el coeficiente de eficiencia energética y el caudal volumétrico de refrigerante manejado por el compresor.

1. Para procesos de refrigeración se usa máquinas frigoríficas, en este tipo de máquinas se encuentran los ciclos estándar de compresión de vapor.  Estos sistemas producen valores que son de 150 kW de refrigeración. En este proceso se va a utilizar distintos tipos de refrigerantes, la máquina de refrigeración trabaja a una temperatura de condensación de 104°F y trabaja a una temperatura de evaporación de 473.67°R. Se le pide a usted realizar el cálculo para todos los refrigerantes estudiados en las clases teóricas, lo siguiente:

1. El caudal del refrigerante que circula por el sistema
2. La potencia de compresión del compresor del ciclo de refrigeración
3. El coeficiente de eficiencia energética del sistema
4. El caudal volumétrico de cada refrigerante manejado por el compresor y la temperatura de salida del compresor
5. Coeficiente de eficiencia energética del ciclo inverso de Carnot con las mismas temperaturas de evaporación y condensación de la máquina de refrigeración.

1. En las plantas agroindustriales se necesita de la aplicación de la producción de frío, para ello en una planta se demanda una potencia frigorífica de 100.000 frig/h, para que los alimentos no pierdan sus principales propiedades, tales como la humedad y detener algunos procesos bioquímicos, parta ello se utiliza un equipo de refrigeración en el cual su temperatura de trabajo de evaporación es de 437.67°R y la temperatura de condensación es de 4.44°F. Usar todos los refrigerantes que no han sido eliminados en la actualidad, para determinar:

1. El trabajo de compresión en el sistema de refrigeración
2. El calor de condensación del sistema de refrigeración
3. El coeficiente de eficiencia energética.

1. Se está analizando un proceso de refrigeración para conservar granos, para ello se utiliza una máquina de refrigeración. En dicho sistema de refrigeración ingresa refrigerante (realice el cálculo para todos los refrigerantes estudiados en clase) al compresor a 150 kPa y 68°F, este refrigerante ingresa a razón de 0.5 m3/min y abandona el compresor a 0.8 MPa. La eficiencia isoentrópica del compresor es de 78%. El refrigerante que circula por el sistema ingresa a la válvula de estrangulamiento a 750 kPa y 299.15K, además se sabe que el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado a 538.47°R. Con dicha información se le pide a Usted, determinar:

1. La entrada de potencia al compresor
2. La tasa de remoción de calor del espacio refrigerado
3. La caída de presión y la tasa de ganancia de calor en la línea entre el evaporador y el compresor.
4. Realice un diagrama T-S para el sistema
5. Realice un diagrama P-H para el sistema.

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